Fabrication des verres PDF

3. FABRICATION DES VERRES Intro: Principe de fabrication des verres La fabrication des verres ophtalmiques est réalisée selon 2 modes : -fabrication en « série » pour la production en gros volumes des verres « finis » les plus consommés (unifocaux sphériques et asphériques) et pour la produ...

3. FABRICATION DES VERRES Intro: Principe de fabrication des verres La fabrication des verres ophtalmiques est réalisée selon 2 modes : -fabrication en « série » pour la production en gros volumes des verres « finis » les plus consommés (unifocaux sphériques et asphériques) et pour la production des verres « semi-finis », verres épais dont la face avant est terminée et dont la face arrière sera surfacée à la demande  FABRICATION DES VERRES -fabrication en « prescription » soit à partir d’un verre semi-fini : l’opération consiste à en surfacer la face arrière à la correction optique du patient et à faire subir au verre ses différents traitements de surface (coloration, anti-rayures, antireflet, anti-salissures, etc…) par surfaçage direct des 2 faces du verre ou par polymérisation directe, suivi des différentes opérations de traitement de surfaces. La fabrication en « série » est réalisée à grande échelle dans des usines de production (environ 2/3 des verres); la fabrication en « prescription » s’effectue à la pièce dans des laboratoires de finition (1/3 des verres).  FABRICATION DES VERRES Le nombre de combinaisons possibles - de corrections optiques, matériaux et traitements – est très élevé (généralement évalué à plus de 5 milliards !). Il rend l’organisation de la fabrication des verres très complexe. L’un des grands savoir-faire de l’industrie de l’optique ophtalmique est la gestion d’une chaine logistique de production très sophistiquée, celle qui permet de fabriquer des verres « tous différents » à très grande échelle (environ 1 milliard de verres sont produits chaque année dans le monde) ! TRAITEMENTS  FABRICATION DES VERRES A) Principe de fabrication des verres organiques: 1. Fabrication en série Résines thermodurcissables Prenons l’exemple du CR39. Le monomère est approvisionné de l’industrie chimique sous la forme liquide et suivent alors les étapes de fabrication suivantes :  FABRICATION DES VERRES - préparation du monomère : filtration, dégazage et adjonction d’un catalyseur et d’additifs - assemblage des moules : ils comportent deux parois en verre ou métal qui sont assemblées soit par l’appui sur un joint circulaire et serrage par un clip, soit au moyen d’un ruban adhésif - remplissage : l’espace vide créé entre les deux parois du moule est rempli de monomère liquide  FABRICATION DES VERRES - polymérisation : les moules remplis sont placés dans des étuves et soumis pendant plusieurs heures à un cycle de températures – ou, pour certaines matières, soumis à un rayonnement ultraviolet de quelques minutes – qui provoque le durcissement progressif de la résine - démoulage : le joint ou ruban et les parois du moule sont séparés pour libérer le verre.  FABRICATION DES VERRES Cette procédure est utilisée aussi bien pour la fabrication en série des verres « finis » et « semi- finis », seules la forme du moule et la durée de polymérisation changeant de l’un à l’autre. Le principe en est globalement le même pour la majorité des matériaux organiques thermodurcissables utilisés en optique ophtalmique. FABRICATION DES VERRES  FABRICATION DES VERRES Résines thermoplastiques Prenons l’exemple du polycarbonate. Le matériau de base est déjà un polymère et se présente sous la forme de granulés, dont la pureté a été adaptée pour l’industrie de l’optique. Ces granulés sont ramollis et fondus par chauffage pour être injectés dans des moules à la forme des verres. La technologie consiste à fluidifier le matériau par chauffage et à le faire pénétrer dans des moules en métal ou en verre.  FABRICATION DES VERRES Une vis d’extrusion opère la plastification du matériau dans le cylindre d’injection et joue en même temps le rôle de piston, poussant la matière chaude par plusieurs canaux dans la cavité des moules. Après l’injection et un temps de refroidissement, les moules sont ouverts et libèrent les verres. Les différentes opérations de la fabrication sont les suivantes :  FABRICATION DES VERRES - préparation du matériau : dépoussiérage et séchage des granulés par air chaud et chargement sur la presse - réglage de la presse : mise en place des moules, réglage de pression du liquide, température du moule, temps d’injection et de refroidissement, chauffage de la matière (à environ 300°C) - injection : moulage sous pression du matériau fondu  FABRICATION DES VERRES - refroidissement : solidification du matériau par conduction à travers les moules - démoulage : par ouverture de la presse et du bloc support des moules.  FABRICATION DES VERRES Cette technologie permet de fabriquer des verres de toutes géométries en fonction de la forme des moules qui sont insérés dans la presse d’injection. Ces verres sont soit « finis » et peuvent subir des traitements en l’état, soit « semi-finis » et seront surfacés ultérieurement sur leur face arrière, avant de subir leurs différents traitements de surface. FABRICATION DES VERRES  FABRICATION DES VERRES 2. Fabrication en prescription Surfaçage traditionnel Réalisé dans les laboratoires de prescription (c’est à dire de finition des verres), il consiste à usiner la face arrière d’un verre semi-fini (précédemment fabriqué en série) afin de lui donner la puissance requise. Il comprend les étapes suivantes :  FABRICATION DES VERRES - blocage et glantage du semi-fini : protection de la face avant par un film et pose d’une molette de métal fusible (le gland) qui servira à la préhension du verre dans les étapes suivantes. - détourage du semi-fini au diamètre du verre fini par fraisage ; - ébauchage : il consiste en un fraisage en spirale de la face arrière du verre; à la fin de cette opération, le verre possède sa forme quasi-définitive mais sa surface reste encore très rugueuse  FABRICATION DES VERRES - doucissage par génération : il consiste en un usinage fin de la surface réalisé par tournage à l’aide d’un outil couteau (cette opération était classiquement réalisée par frottement sur un outil de forme recouvert d’un pad abrasif). Après le doucissage, le verre possède très exactement l’épaisseur et les rayons de courbure souhaités ; bien que lisse sa surface est encore dépolie à ce stade  FABRICATION DES VERRES - polissage : par frottement contre un outil de forme contretype de la face arrière du verre, recouvert d’un feutre et arrosé d’un liquide de polissage contenant un abrasif très fin. Cette opération donne au verre sa transparence définitive. Utilisé depuis de nombreuses années, le surfaçage traditionnel nécessite d’importants parcs d’outils et ne permet de générer que des surfaces arrières de géométries simples, soit sphériques soit toriques.  FABRICATION DES VERRES Surfaçage digital De développement récent, le surfaçage digital – ou surfaçage direct - est essentiellement utilisé pour la réalisation des surfaces arrière complexes mais peut l’être aussi pour toute géométrie de surface simple. Il consiste à usiner la surface arrière du verre par un procédé « point par point » et au moyen d’une machine à commande numérique pilotant les positions relatives du verre et de l’outil, en trois dimensions et avec une extrême précision.  FABRICATION DES VERRES Par rapport au surfaçage traditionnel décrit précédemment : - les opérations de blocage et détourage du semi-fini restent identiques - l’usinage comprend 2 parties : l’ébauchage, réalisé par fraisage de manière analogue au surfaçage traditionnel et la finition, réalisée par tournage, au moyen d’un outil spécifique en diamant. Ces opérations, réalisées sur une même machine avec deux outils différents, sont très similaires dans leur principe à celles réalisées en surfaçage traditionnel.  FABRICATION DES VERRES En revanche, l’utilisation, pour l’étape de finition, d’un pilotage de la position du verre et de l’outil nettement plus précis et associé aux qualités de coupe d’un outil diamant permet de garantir à la fois une excellente géométrie de la surface arrière et un état de surface quasi transparent. - le polissage est réalisé, comme dans le surfaçage traditionnel, par frottement du verre contre une surface douce arrosée d’un liquide abrasif très fin, mais au moyen d’outils spécifiques du surfaçage digital à la fois rigides et souples.  FABRICATION DES VERRES Ces outils permettent de polir la surface sans la déformer c'est-à-dire de la rendre parfaitement transparente tout en respectant la géométrie conférée lors de l’opération de finition.  FABRICATION DES VERRES D’application récente à la fabrication en prescription, le surfaçage digital offre d’immenses possibilités de réalisation des surfaces optiques complexes. Il permet une optimisation optique des verres pour chaque prescription et une personnalisation toujours plus grande des verres aux besoins individuels des porteurs : par exemple, par la prise en compte des caractéristiques de la monture, de la position du centre de rotation de l’œil, du comportement œil- tête, etc…  FABRICATION DES VERRES Pour l’optique ophtalmique, il représente un immense champ d’investigation et ouvre de larges perspectives pour de nouveaux développements.  FABRICATION DES VERRES Précisons à cet égard que ce n’est pas le simple usage de la technologie du surfaçage digital qui rend le verre plus performant mais la pertinence et la précision de l’utilisation qui est faite de cette nouvelle technologie. En d’autres termes, il ne suffit pas qu’un verre soit fabriqué par surfaçage digital pour qu’il se révèle forcément de meilleure qualité; au contraire, une conception optique ou un procédé mal maitrisé peuvent aboutir à des designs optiques peu performants malgré l’usage de cette nouvelle technologie...  FABRICATION DES VERRES Une fois l’opération de surfaçage réalisée, le verre pourra alors subir les opérations de traitements de ses surfaces.  FABRICATION DES VERRES B) Principes de fabrication des verres minéraux: Quel que soit le type de matière, la fabrication d’un verre minéral consiste en un surfaçage des faces avant et arrière d’un palet de verre minéral fourni par l’industrie verrière. Ce palet est fabriqué par moulage du verre encore incandescent à la sortie du four dans lequel a été réalisée la fusion des ses divers composants.  FABRICATION DES VERRES Il se présente sous la forme d’un verre très épais dont les surfaces sont irrégulières et la composition interne parfaitement homogène. Ses faces avant et arrière sont ensuite surfacées pour donner naissance au verre final.  FABRICATION DES VERRES Le surfaçage de chacune des deux faces du verre comprend 3 phases distinctes : - Phase 1 : l’ébauchage consiste à usiner le verre avec un outil diamanté pour lui donner son épaisseur et ses rayons de courbure. Après ébauchage, le verre a déjà sa forme définitive mais présente encore une surface rugueuse et seulement translucide.  FABRICATION DES VERRES - Phase 2 : le doucissage consiste à affiner le grain de la surface du verre sans modifier ses rayons de courbure. Pour cela, le verre, solidement maintenu, est amené au contact d’un outil recouvert d’un pad abrasif, de forme dont le rayon de courbure est exactement celui du verre à réaliser. Le verre et l’outil sont arrosés d’un mélange abrasif et lubrifiant. A la fin de l’opération qui dure quelques minutes, le verre est très exactement à l’épaisseur et aux rayons de courbure souhaités mais sa surface n’est pas encore transparente.  FABRICATION DES VERRES - Phase 3 : le polissage est l’opération de finition donnant au verre sa transparence définitive. C’est une opération similaire à la précédente avec l’utilisation d’un polissoir souple revêtu d’un feutre et d’une solution abrasive de grain très fin. Industriellement, le surfaçage des faces avant des verres minéraux (de tous types : sphériques, asphériques, bifocales ou progressives) est réalisé en « série » tandis que le surfaçage des faces arrières est réalisé en série ou à la pièce selon leur fréquence d’utilisation.  FABRICATION DES VERRES Il existe des procédés de trempage qui augmenteront la résistance à l'impact. Ces procédés de trempage se font soit par la chaleur, soit par un procédé chimique. Mais ces procédés de trempage ne rendent pas le verre "incassable".  FABRICATION DES VERRES En ce qui concerne la trempe thermique, il s'agit de porter le verre à haute température en le passant dans un four, jusqu'à atteindre une température proche de son point de ramollissement. Il est ensuite refroidi rapidement en surface en le plongeant dans un bain à basse température. Ce procédé crée des contraintes de tensions en profondeur et de compression à la surface du verre, lui conférant des propriétés mécaniques supérieures, en termes de résistance aux chocs.  FABRICATION DES VERRES Le verre trempé thermiquement ne peut plus être retravaillé. Il ne peut donc plus être taillé en magasin. Il est donc important que l'usinage et la mise aux cotes définitives se fassent avant la trempe.  FABRICATION DES VERRES La trempe chimique accroît la résistance des verres minéraux à la cassure. Un procédé d'échange d'ions appliqué à la surface du verre entraîne une déformation due à la compression renforçant la résistance du verre à la cassure. Un traitement ultérieur (antireflet = AR) a pour effet de réduire la résistance à la rupture obtenue par ce procédé.  FABRICATION DES VERRES CONCLUSION Depuis leur apparition, les matériaux organiques n’ont cessé de se développer et de se substituer progressivement aux matériaux minéraux. Ils représentent aujourd’hui la majorité des verres vendus dans les pays industrialisés.  FABRICATION DES VERRES Leur succès, essentiellement fondé sur leurs qualités de légèreté et de résistance aux chocs s’est vu renforcé par la levée successive des freins à leur développement : amélioration de leur résistance aux rayures, développement du photochromisme, augmentation de leur indice de réfraction, mise au point de multiples traitements.  FABRICATION DES VERRES Les matériaux organiques possèdent aujourd’hui les atouts nécessaires à la poursuite de leur conquête du marché mondial des verres ophtalmiques.  FABRICATION DES VERRES Les matériaux minéraux - grâce à leur meilleure résistance à la rayure et à leurs indices de réfraction plus élevés - continueront à constituer une solide alternative et ce, afin d’offrir à l’ensemble des porteurs un confort de vision toujours amélioré. 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